電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn).ppt

1、第三章 電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn),第三章 電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn),電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗及其等效電路 預(yù)防性試驗(yàn)的常規(guī)項(xiàng)目 絕緣電阻 直流泄漏電流 介質(zhì)損耗因數(shù) 局部放電 絕緣油中溶解氣體分析 高壓耐壓試驗(yàn),電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn),意義： 是保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的重要措施和制度。 目的： 掌握電氣設(shè)備的絕緣狀況，及早發(fā)現(xiàn)其缺陷，以進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)與檢修。 如何掌握絕緣狀況？,電氣設(shè)備絕緣缺陷的產(chǎn)生： 制造時(shí)潛伏下來(lái)的； 運(yùn)行中逐步發(fā)展起來(lái)的。 絕緣缺陷的分類(lèi)： 集中性缺陷； 分布性缺陷。 預(yù)防性試驗(yàn)方法分類(lèi)： 破壞性試驗(yàn)(耐壓試驗(yàn))； 非破壞性試驗(yàn)。,第一節(jié) 電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗,放置固體介

2、質(zhì)時(shí),電容量將增大為:,對(duì)于平行平板電容器，極間為真空時(shí)：,平板電容器中的電荷和電場(chǎng)分布 (a)真空 (b)充以介質(zhì),極化現(xiàn)象：造成電容量增加 ！ 極化的原因 在外加電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)中原來(lái)彼此中和的正、負(fù)電荷產(chǎn)生了位移，形成電矩，使介質(zhì)表面出現(xiàn)了束縛電荷，極板上電荷增多，并造成電容量增大。 極化的影響因素：形態(tài)（氣液固）、溫度、電場(chǎng)頻率等。 極化的基本形式：電子式、離子式、偶極子轉(zhuǎn)向、夾層介質(zhì)界面、空間電荷極化。,相對(duì)介電常數(shù)：,1、電子式極化,電子軌道受到外電場(chǎng)的作用時(shí)，相對(duì)于原子核產(chǎn)生位移，原子中正、負(fù)電荷的作用中心不再重合. 極化強(qiáng)度與正、負(fù)電荷作用中心間的距離成正比，且隨外電場(chǎng)的增強(qiáng)

3、而增大。 特點(diǎn) 極化所需的時(shí)間極短，約10-15s； 具有彈性，當(dāng)外電場(chǎng)去掉后，依靠正、負(fù)電荷間的吸引力，作用中心又馬上重合，整體呈現(xiàn)非極性，沒(méi)有損耗； 溫度的影響不大，溫度升高時(shí)，r略為下降。,絕緣,-,+,絕緣,2、離子式極化,發(fā)生在離子式結(jié)構(gòu)，如云母、陶瓷材料。 正、負(fù)離子的作用中心發(fā)生偏移。 特點(diǎn)： 所需的時(shí)間也很短，約10-13s； 彈性極化，幾乎沒(méi)有損耗。 溫度對(duì)極化存在一定影響，r一般具有正的溫度系數(shù)。,離子式極化示意圖,3、偶極子轉(zhuǎn)向極化,存在于極性電介質(zhì)中（具有永久性偶極矩 ）； 無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，分子無(wú)序排列，不呈現(xiàn)極性； 在電場(chǎng)作用下，順電場(chǎng)方向定向排列，示出極性。,特點(diǎn)： 極

4、化所需的時(shí)間也較長(zhǎng)，約10-1010-2s； 非彈性，消耗能量。 溫度對(duì)極性介質(zhì)的r有很大的影響。 低-、適當(dāng)范圍+、高-,4、夾層介質(zhì)界面極化,存在于夾層電介質(zhì)（不均勻電介質(zhì)）中。,特點(diǎn) 過(guò)程特別緩慢，一般在10-1s以上，甚至數(shù)小時(shí)； 伴有介質(zhì)損耗。,5、空間電荷極化,介質(zhì)內(nèi)的正、負(fù)自由離子改變分布狀況，在電極附近形成空間電荷。 特點(diǎn)： 緩慢進(jìn)行； 消耗能量。,電介質(zhì)極化的本質(zhì)： 在外加電場(chǎng)作用下，極化介質(zhì)內(nèi)部形成反電場(chǎng)，通過(guò)向電極補(bǔ)充電荷以抵消反電場(chǎng)的作用，從而增加了電容量，并可能消耗能量！,工程意義： 1）選擇絕緣材料 2）多層介質(zhì)合理配合 3）判斷絕緣狀態(tài),二、電介質(zhì)的電導(dǎo),離子電導(dǎo)

5、： 以離子為載流子。 在電場(chǎng)或外界因素影響下，離解成正負(fù)離子。 電子電導(dǎo)： 以自由電子為載流子。 出現(xiàn)電子電導(dǎo)電流時(shí)，表明電介質(zhì)已被擊穿。 電介質(zhì)的電導(dǎo)一般是指離子性電導(dǎo)。,1、電介質(zhì)的電導(dǎo)率、電阻率,電導(dǎo)性能常用電導(dǎo)率或電阻率表示。 固體電介質(zhì)的電阻率 （1）體積電阻率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的正方體的電介質(zhì)中，所測(cè)得的其兩相對(duì)面上的電阻。,（2）表面電阻率：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的正方形表面積上，相對(duì)兩邊之間測(cè)得的電阻。,2、液體電介質(zhì)的電導(dǎo),離子電導(dǎo)： 電介質(zhì)分子或雜質(zhì)分子離解而成的離子。 電泳電導(dǎo)： 較大的膠體吸附電荷后，變成帶電質(zhì)點(diǎn)。 中性和弱極性的液體電介質(zhì)電導(dǎo)率小。 極性和強(qiáng)極性液體電介質(zhì)電導(dǎo)率大，故不宜作

6、為絕緣材料（水）。 電導(dǎo)率與溫度間具有指數(shù)關(guān)系：,3、固體介質(zhì)的電導(dǎo),離子電導(dǎo)： 雜質(zhì)離子起主要作用。 電子電導(dǎo)： 電導(dǎo)與外施場(chǎng)強(qiáng)E關(guān)系密切。,固體介質(zhì)電導(dǎo)電流密度與外加場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系,表面電導(dǎo)： 主要決定于表面吸附導(dǎo)電雜質(zhì)的能力及其分布狀態(tài) 親水性電介質(zhì)：云母，玻璃，纖維材料； 憎水性電介質(zhì)：石蠟，聚苯乙烯。 預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)要注意絕緣表面的影響！,水滴在兩類(lèi)介質(zhì)上的分布狀態(tài) (a)親水介質(zhì) (b)疏水介質(zhì),三、電介質(zhì)的能量損耗,介質(zhì)損耗：電導(dǎo)損耗、有損極化,W=P+jQ=U(Ir+jIC)=UIr+j UIC,介質(zhì)損失角的正切tg：衡量介質(zhì)的損耗特性,液體介質(zhì)損耗與溫度的關(guān)系,氣體介質(zhì)的損耗 無(wú)碰

7、撞電離時(shí)，損耗由電導(dǎo)引起，損耗極??； 發(fā)生放電時(shí)，損耗劇增（如電線(xiàn)上的電暈損耗 ）。 液體介質(zhì)的損耗 中性或弱極性介質(zhì)： 損耗主要起因于電導(dǎo)，較小。 極性：電導(dǎo)和極化損耗。 損耗與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜。,固體介質(zhì)的損耗 分子式 離子式 不均勻結(jié)構(gòu) 強(qiáng)極性 損耗情況比較復(fù)雜 損耗與溫度密切相關(guān),干紙的損耗與溫度的關(guān)系 11kHz 210kHz 3100kHz,四、電介質(zhì)的一般等值電路,C0反映電子式和離子式無(wú)損極化（含真空中對(duì)應(yīng)的電容） C，、r支路反映有損極化 R反映電導(dǎo)損耗,第二節(jié) 絕緣電阻的測(cè)量,一、多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象,雙層介質(zhì)的等值電路,吸收曲線(xiàn),當(dāng)在絕緣上施加直流電壓時(shí)，流經(jīng)絕緣的電流會(huì)

8、隨著時(shí)間逐漸下降，最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，這就是不均勻介質(zhì)的吸收現(xiàn)象 本質(zhì)：夾層介質(zhì)的界面極化,這些電荷被介質(zhì)吸收了！,絕緣電阻 在設(shè)備絕緣上施加確定的直流電壓，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（通常為60秒）后呈現(xiàn)的電阻值。 吸收比 K=R60“R15” 當(dāng)絕緣良好時(shí)， K常高于某一定值（1.3） 絕緣普遍受潮時(shí)， K接近1 極化指數(shù) （10min/1min）,二、絕緣電阻和吸收比測(cè)量,手搖式兆歐表的工作原理,絕緣電阻的測(cè)量接線(xiàn),儀器：兆歐表 兆歐表一般有三個(gè)接線(xiàn)端子 被試品接在端子“E”和“L”之間 保護(hù)端子“G”（與L相連） 有時(shí)稱(chēng)為屏蔽端子 輸出電壓為負(fù)極性直流（why?） 有500V、1000V、2500V

9、、5000V等多個(gè)等級(jí),三、測(cè)量結(jié)果的影響因素,被試設(shè)備絕緣上可能存留殘余電荷 造成吸收現(xiàn)象不明顯 試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)設(shè)備充分放電 固體絕緣表面狀況 絕緣電阻隨溫度呈指數(shù)規(guī)律下降 測(cè)量時(shí)必須記錄設(shè)備溫度,實(shí)例：同步電機(jī)干燥前后絕緣電阻的變化,第三節(jié) 直流泄漏電流的測(cè)量,絕緣電阻和吸收比 測(cè)量簡(jiǎn)單易行，有時(shí)很有效：整體受潮等 試驗(yàn)電壓相對(duì)較低，靈敏度和準(zhǔn)確性較低 5000/（1101000） 直流泄漏電流試驗(yàn)-提高試驗(yàn)電壓 直接測(cè)量泄漏電流 因試驗(yàn)電壓提高，試驗(yàn)靈敏度和準(zhǔn)確性較高 試驗(yàn)設(shè)備要求提高,發(fā)電機(jī)的泄漏電流變化曲線(xiàn),曲線(xiàn)1：絕緣良好的發(fā)電機(jī)； 曲線(xiàn)2：絕緣受潮； 曲線(xiàn)3：絕緣中已有集中性缺陷；

10、曲線(xiàn)4：有危險(xiǎn)的集中性缺陷。,直流泄漏電流試驗(yàn)原理接線(xiàn),直流泄漏電流試驗(yàn)和直流耐壓試驗(yàn)常利用同一套直流高壓發(fā)生裝置同時(shí)進(jìn)行。,Time?,1min,直流高壓的產(chǎn)生方式與要求,產(chǎn)生 利用交流高壓經(jīng)高壓硅堆半波整流 采用（多級(jí)）串級(jí)倍壓整流電路 （實(shí)驗(yàn)講義） 要求 直流試驗(yàn)電壓的脈動(dòng)系數(shù)應(yīng)不大于3 脈動(dòng)系數(shù)（最高值最低值）/2100%,測(cè)量泄漏電流的影響因素,與絕緣電阻測(cè)量相同的影響因素 殘余電荷 絕緣表面狀況 設(shè)備溫度 其它因素 外加直流電壓的穩(wěn)定性 測(cè)量微安表的保護(hù)和接入位置 高壓引線(xiàn)引起的雜散電流帶來(lái)的測(cè)量誤差,第四節(jié) 介質(zhì)損失角正切值tg的測(cè)量,當(dāng)電氣設(shè)備絕緣整體性能下降，如普遍受潮、臟污

11、或老化，以及絕緣中有間隙發(fā)生局部放電時(shí)，流過(guò)絕緣的有功電流分量IRx將增大，tg也增大。 通過(guò)測(cè)量tg值可以發(fā)現(xiàn)絕緣的分布性缺陷。,若缺陷部分在整個(gè)絕緣中的體積較大，則測(cè)量tg 容易發(fā)現(xiàn)絕緣的缺陷。 如果絕緣缺陷是集中性的（非貫穿性的），或缺陷部分在整個(gè)絕緣中占很小的體積，則該方法不很有效。 套管、電力變壓器、互感器和某些電容器。 電機(jī)、電纜。,一、西林電橋的測(cè)量原理,當(dāng)電橋平衡時(shí)，檢流計(jì)中無(wú)電流流過(guò)，各臂阻抗?jié)M足關(guān)系式：,當(dāng)電橋平衡時(shí)，C4的微法數(shù)就等于被試品的tg值。 在電橋的分度盤(pán)上，C4的數(shù)值直接以tg的百分?jǐn)?shù)（）來(lái)表示。 測(cè)量被試品的電容Cx對(duì)于判斷某些絕緣狀況也是有價(jià)值的。,問(wèn)題：

12、 電容量大了意味著什么故障？(短路) 電容量小了意味著什么故障？(介質(zhì)老化),二、外界電磁場(chǎng)對(duì)電橋的干擾,1）外界電場(chǎng)的干擾 試驗(yàn)用高壓電源和試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)高壓帶電體(例如變電所內(nèi)仍在運(yùn)行的高壓母線(xiàn)等)所引起的電場(chǎng)干擾。 2）外界磁場(chǎng)的干擾 電橋處于交變磁場(chǎng)中,消除干擾的辦法 將電橋的低壓部分全部屏蔽起來(lái)，引線(xiàn)也采用屏蔽電纜線(xiàn) 采用抗干擾源、移相法、倒相法、改變接線(xiàn)（正、反接法）,西林電橋反接線(xiàn)原理圖,西林電橋接線(xiàn)原理圖,三、影響tg測(cè)量結(jié)果的因素,被試電氣設(shè)備的溫度； 試驗(yàn)電壓的大??； 被試電氣設(shè)備絕緣的電容（試品電容）； 被試電氣設(shè)備外絕緣表面的泄漏影響。,tg與試驗(yàn)電壓的典型關(guān)系曲線(xiàn) 1良好的

13、絕緣 2絕緣中存在氣隙 3受潮絕緣,第五節(jié) 局部放電的測(cè)量,測(cè)定局部放電，能預(yù)示絕緣狀況，也是估計(jì)絕緣電老化速度的重要根據(jù)。 局部放電伴隨發(fā)生許多現(xiàn)象： 電現(xiàn)象：電脈沖，介質(zhì)損耗的增大和電磁波； 非電現(xiàn)象：光、熱、噪音、氣體壓力變化和化學(xué)變化。 局部放電檢測(cè)方法： 電：電脈沖、介質(zhì)損耗，可定量； 非電：靈敏度不夠，只能定性。,電脈沖法檢測(cè)的參數(shù) 視在放電量q 放電能量W 放電的重復(fù)率(放電頻度)等,絕緣內(nèi)部氣隙局部放電的等值電路,一、局部放電的檢測(cè)回路,Cx被試品的電容 Ck耦合電容 Zm、Zm測(cè)量阻抗 Z低通濾波器,U電壓源 M測(cè)量?jī)x器 A放大器,CX一端接地,CX兩端絕緣,平衡電路,二、局

14、部放電的測(cè)量阻抗和測(cè)量?jī)x器,Zm和測(cè)量的靈敏度、輸出波形及脈沖的分辨率都有關(guān)系 要消除或減弱輸出電壓的工頻成分 要使脈沖分量的持續(xù)時(shí)間足夠小，以保證快速連續(xù)脈沖的分辨率 阻抗值應(yīng)足夠高，由它決定輸出電壓和電流的波形 測(cè)量?jī)x器 陰極射線(xiàn)示波器 指示型電壓表 脈沖計(jì)數(shù)器,局部放電測(cè)試儀（一）,局部放電測(cè)試儀（二）,大型發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣局部放電測(cè)量波形,三、用超聲波探測(cè)器測(cè)量局部放電,特點(diǎn)： 與電脈沖法相比，抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng)，可在運(yùn)行及耐壓試驗(yàn)時(shí)使用。 工作原理： 發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超聲波，并向四面?zhèn)鬟f，直到電氣設(shè)備容器的表面； 在設(shè)備外壁，放一壓電元件； 將交變壓力波轉(zhuǎn)換為電氣量，由此可測(cè)

15、量局部放電。,第六節(jié) 絕緣油中溶解氣體分析（DGA）,絕緣油是電氣設(shè)備絕緣的重要組成部分： 絕緣 冷卻 滅弧 絕緣油試驗(yàn)： 絕緣油的電氣試驗(yàn) ； 絕緣油中溶解氣體分析（DGA）。 試驗(yàn)時(shí)電氣設(shè)備可以不必停電！,一、絕緣油的電氣試驗(yàn),電氣試驗(yàn)的主要內(nèi)容 油的閃點(diǎn) 酸值 水分 游離碳 電氣強(qiáng)度 介質(zhì)損失角正切值tg 等 帶電取油樣化驗(yàn)分析結(jié)論,二、絕緣油中溶解氣體分析（DGA）,原理 電氣設(shè)備內(nèi)部有局部過(guò)熱或局部放電等缺陷時(shí)，就會(huì)分解而產(chǎn)生氣體，并不斷溶解于絕緣油中。 不同性質(zhì)的典型故障，產(chǎn)生的溶解氣體的成分及不同成分之間的比例都有所不同。 氣相色譜分析： 通過(guò)分析油中所含氣體的組成和含量來(lái)判斷設(shè)

16、備內(nèi)部的潛伏性缺陷。,不同故障類(lèi)型產(chǎn)生的氣體,分析方法： 特征氣體法 三比值法,分析過(guò)程,取出運(yùn)行中電氣設(shè)備的油樣； 油樣真空脫氣； 將脫出的氣體壓縮至常壓； 用注射器抽取試樣后進(jìn)行分析。 分析儀器 【氣相色譜儀】 分析結(jié)果表示 每升絕緣油中所含各氣體組分的微升數(shù) 【以ppm（10-6）表示，并換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下（0.101325MPa ，20）】,102G-D氣相色譜儀工作流程,載氣,載氣,第七節(jié) 高壓耐壓試驗(yàn),特點(diǎn)：對(duì)設(shè)備絕緣的考核最為嚴(yán)格，有破壞性。 在非破壞性試驗(yàn)合格后進(jìn)行。 耐壓試驗(yàn)類(lèi)型： 交流耐壓 直流耐壓 沖擊耐壓試驗(yàn),一、交流耐壓試驗(yàn),工頻交流耐壓試驗(yàn)最為常用。 程序： 對(duì)被試設(shè)備施加超過(guò)其額定工作電壓若干倍數(shù)的交流高壓，并持續(xù)一定時(shí)間（一般為1分鐘），期間觀察設(shè)備絕緣是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)象或發(fā)生閃絡(luò)、擊穿。 試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)周期要選擇適當(dāng)！ 固體有機(jī)絕緣會(huì)產(chǎn)生累積效應(yīng)。,工頻交流耐壓試驗(yàn)的原理接線(xiàn)圖,B為試驗(yàn)變壓器，TY為低壓調(diào)壓裝置， R為限流保護(hù)電阻，G為保護(hù)球隙。,試驗(yàn)變壓器B的特點(diǎn)： 單相，輸出電壓高、容量相對(duì)較小，絕緣裕度小，間歇性工作方式。,工頻耐壓試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求,輸出電壓高； 目前